华北板块晚古生代煤层构造煤区域分布的大地构造控制及演化_王恩营

华北板块晚古生代煤层构造煤区域分布的大地构造控制及演化

王恩营1

,邵　强1

,王红卫2

,殷秋朝2

,霍光生2

,李丰良

2

(1.河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;2.郑州煤炭工业集团有限责任公司,河南郑州450006)

摘　要:构造煤是煤矿瓦斯灾害防治和煤层气开发的重要研究内容之一,根据对华北板块区域构

造及构造煤分布规律的研究,构造煤的区域分布主要受构造控制,其中,构造煤最发育的区域是豫西滑动构造区;其次是挤压褶皱和推覆构造区,包括华北板块南缘的徐宿推覆构造分区、淮南构造分区、平顶山构造分区、板块北缘构造区和鄂尔多斯盆地西缘构造分区;再次是板块中带构造区和板块南缘永城构造分区,构造煤主要形成在盆地或隆起的边缘断裂构造两盘。在地质历史演化过程中,构造煤主要是在先期构造应力场作用下形成的,后期构造应力场作用居于次要地位。

关键词:华北板块;晚古生代;煤层;构造煤;分布规律;大地构造控制;演化中图分类号:T D712 文献标识码:B 文章编号:1003-496X (2010)02-0086-04基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目

(2005CB221501);河南省教育厅自然科学研究计划资助项目(2009B620002)

华北板块晚古生代煤层是我国煤矿开采的主要煤层,构造煤的发育制约了该时代煤层的瓦斯灾害防治和煤层气开发。根据煤与瓦斯突出综合假说的观点,构造煤是发生煤与瓦斯突出的重要条件和必要条件

〔1-2〕

,构造煤类别越高,越有利于瓦斯突出,

瓦斯防治难度也越大

〔3-4〕

;同时,构造煤也是煤层气

开发中的一个丞待解决的重要难题

〔5-6〕

,一方面,煤

层适度的构造变形为煤层气开发提供了有利条件,另一方面,在构造煤发育区又成为影响煤层气开发的负面因素,而且,构造煤类别越高,其开发难度也越大。

针对构造煤赋存规律的研究,多数研究认为,由构造应力作用下导致的顺层滑动是构造煤区域分布的主要原因〔7-8〕

,切层断层是构造煤局部分布的主

控因素

〔9〕

,但针对构造煤区域分布的大地构造控制

和演化研究较少,该研究可以为构造煤区域预测、瓦斯灾害防治和煤层气开发奠定基础。

1　华北板块晚古生代煤层构造煤区域分布规律

根据研究,构造煤的区域分布规律主要受构造控制,与构造分区相对应,呈东西向条带状展布,自

北向南可分为3个带(见图1)。

(1)北带(Ⅰ)。主要包括辽东、辽西、兴隆和京

西各煤田,呈E W -NEE 向展布,煤体结构类型主要为Ⅲ-Ⅳ类构造煤,碎裂煤和原生结构煤较少。

(2)中带(Ⅱ)。主要包括鄂尔多斯盆地、山西隆起、渤海湾凹陷和鲁西隆起区各煤田,煤体结构类型总体上以原生结构煤为主(Ⅰ-Ⅱ类),尤其是西部鄂尔多斯盆地内,主要是原生结构煤,如贺兰山煤田、东胜煤田、准格尔煤田、神府煤田、河东煤田等。其次是Ⅱ-Ⅲ类构造煤,主要分布在山西隆起东缘太行山东麓和鲁西隆起西缘,再次是Ⅲ-Ⅳ类构造煤,主要分布在鄂尔多斯盆地西缘断褶带,局部也有Ⅳ-Ⅴ类构造煤,如晋城3煤层底部有少量糜棱煤。

(3)南带(Ⅲ)。主要包括豫西、平顶山、永城、淮南和淮北各煤田,煤体结构类型总体上为Ⅲ-Ⅳ类构造煤,其次是Ⅳ-Ⅴ类,主要分布在豫西煤田,再次是Ⅰ-Ⅱ类原生结构煤,主要分布在永城煤田。2　华北板块各级构造单元形成的应力场性质

针对华北板块构造的研究,不论是从区域上还是从局部,前人都开展了大量的研究工作,包括构造单元划分、构造应力场分析、构造类型及组合等〔10-11〕。2.1　华北板块一级构造单元形成的应力场性质

华北板块一级构造单元南以栾川-确山-肥中断裂与秦岭褶皱带分界,北以张家口-平泉断裂与

1华北板块边界;2Ⅰ-Ⅱ类原生结构煤;3Ⅱ-Ⅲ类构造煤;4Ⅲ-Ⅳ类构造煤;5Ⅳ-Ⅴ类构造煤;6煤体结构条带边界

图1　华北板块煤体结构分布图

内蒙地轴相邻,东部边界为郯庐断裂,西面以青铜峡-固原断裂与阿拉善地块及北祁连褶皱带相邻。

晚古生代含煤地层形成后,华北板块构造的形成主要经历了印支运动、燕山运动和喜山运动三期构造应力的作用,其总的特点是:

印支期和燕山期,受西伯里亚板块和扬子板块的南北向挤压,构造活动主要表现在板块南北缘断裂带附近强烈的造山活动,形成强烈挤压带,板块内部变形不大。与此同时,库拉-太平洋板块由南东向北西方向俯冲推挤,板块东部边缘郯庐断裂左行扭动,板内主要形成NNE向展布的隆起与凹陷,断裂构造也比较发育,并呈现出向洋分带的特点。阿拉善地块由西向东俯冲,形成鄂尔多斯西缘断褶带。

喜山运动,受印度板块向欧亚板块强烈俯冲产生复合应力作用,形成了华北板块向东蠕散的引张力,北东、北北东向构造带得到了充分的发展,郯庐断裂右旋平移、构造带的隆起和断陷加剧、板块南北边界断裂走滑。

2.2　华北板块二级构造单元形成的构造应力场性质

华北板块二级构造单元以板块中带最为典型,自西向东依次是鄂尔多斯盆地、山西隆起、渤海湾断陷和鲁西隆起,这4个构造单元均形成于中新生代构造运动。

鄂尔多斯盆地西以岗银断裂与贺兰山-六盘山断褶带相连,东以离石断裂与山西隆起区相分,推测岗银断裂是西部阿拉善地块向东挤压作用于盆地的边界。盆地东西边界均为高角度深大断裂,属于伸展构造系;盆地内构造变形微弱,断层、褶皱均不发育。

山西隆起西界是离石断裂,东界以太行山东断裂与渤海湾断陷相分,推测离石断裂可能是太平洋板块向欧亚板块强烈俯冲影响的西界。隆起的东西边界也是高角度深大断裂、伸展构造系,且构造变形强烈,西部形成了吕梁山山脉,东部形成了太行山山脉;但隆起内部构造变形相对较弱,主要形成了五台山次级隆起、大同-静乐凹陷盆地和沁水凹陷盆地等。

渤海湾断陷西部边界是太行山东断裂,东部边界以兰聊断裂和鲁西隆起区相分。其东西边界也是